(57)【要約】【課題】空燃比センサの応答性異常を好適に検出すること。【解決手段】エンジン１０の排気管２４には空燃比センサ３２が配設されている。ＥＣＵ４０は、空燃比センサ信号から検出された空燃比検出値を目標値に一致させるための空燃比補正量を算出する。また、空燃比検出値のリッチ側、リーン側への変化量データをそれぞれ算出すると共に、空燃比補正量のリッチ側、リーン側への変化量データをそれぞれ算出し、前記算出した空燃比検出値のリッチ側、リーン側への変化量データと前記算出した空燃比補正量のリッチ側、リーン側への変化量データとに基づいて、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについてセンサ応答性を検出する。そして、前記検出したセンサ応答性に基づいて空燃比センサ３２の異常を検出する。【選択図】      図１
2005121003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設置された空燃比センサと、
空燃比センサ信号から検出された空燃比検出値を目標値に一致させるための空燃比補正量を算出する補正量算出手段と、
前記空燃比検出値のリッチ側、リーン側への変化量データをそれぞれ算出する空燃比検出値変化算出手段と、
前記空燃比補正量のリッチ側、リーン側への変化量データをそれぞれ算出する補正量変化算出手段と、
前記算出した空燃比検出値のリッチ側、リーン側への変化量データと前記算出した空燃比補正量のリッチ側、リーン側への変化量データとに基づいて、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについて空燃比センサの応答性を検出する応答性検出手段と、
前記検出した空燃比センサの応答性に基づいて当該空燃比センサの異常を検出する異常検出手段と、
を備えたことを特徴とする空燃比センサの異常検出装置。
【請求項２】
前記応答性検出手段は、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについて前記空燃比検出値の変化量データと前記空燃比補正量の変化量データとの比からセンサ応答性を算出し、前記異常検出手段は、前記算出した空燃比検出値の変化量データと空燃比補正量の変化量データとの比に基づいて空燃比センサの異常を検出する請求項１記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項３】
前記異常検出手段は、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについての空燃比検出値の変化量データと空燃比補正量の変化量データとの比を所定の基準値と比較し、その結果に応じて空燃比センサの異常を検出する請求項２記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項４】
空燃比補正量のリッチ側変化に対して空燃比検出値のリッチ側変化が大きいとされる場合にリッチ側応答性異常と判定し、空燃比補正量のリーン側変化に対して空燃比検出値のリーン側変化が大きいとされる場合にリーン側応答性異常と判定する請求項１乃至３の何れかに記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項５】
前記空燃比検出値の変化量データとしてその変化速度又は変化加速度を算出し、前記空燃比補正量の変化量データとしてその変化速度又は変化加速度を算出する請求項１乃至４の何れかに記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項６】
前記空燃比検出値の変化量データ及び前記空燃比補正量の変化量データの算出を前記空燃比補正量の変化挙動に基づいて許可又は禁止するデータ算出許可手段を更に備えた請求項１乃至５の何れかに記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項７】
前記データ算出許可手段は、所定時間内における空燃比補正量のリッチ側又はリーン側への変化幅が規定値を超える場合にのみ空燃比検出値、空燃比補正量の各変化量データの算出を許可する請求項６記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項８】
前記データ算出許可手段は、空燃比補正量の変化量データ算出を開始した後に空燃比検出値の変化量データ算出を開始するまでの遅延時間を設定し、該遅延時間が経過したタイミングで空燃比検出値の変化量データ算出を許可する請求項６又は７記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項９】
内燃機関への燃料供給量の変化からそれに伴う空燃比センサ周囲のガス雰囲気変化までの輸送遅れ時間に基づいて前記遅延時間を設定する手段を備えた請求項８記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項１０】
前記データ算出許可手段は、空燃比補正量の変化量データ算出を許可した後、該算出を許可する期間を所定の規定時間で制限する請求項６乃至９の何れかに記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項１１】
前記データ算出許可手段は、空燃比補正量のリッチ側への変化幅が規定値を超えた場合において空燃比検出値がリーン側に変化した時、又は空燃比補正量のリーン側への変化幅が規定値を超えた場合において空燃比検出値がリッチ側に変化した時、空燃比検出値の変化量データ算出を禁止する請求項６乃至１０の何れかに記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項１２】
内燃機関の排気通路に設置された空燃比センサと、
空燃比センサ信号から検出された空燃比検出値のリッチ側、リーン側への変化量データをそれぞれ算出する空燃比検出値変化算出手段と、
前記算出した空燃比検出値のリッチ側、リーン側への変化量データに基づいて、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについて空燃比センサの応答性を検出する応答性検出手段と、
前記検出した空燃比センサの応答性に基づいて当該空燃比センサの異常を検出する異常検出手段と、
を備えたことを特徴とする空燃比センサの異常検出装置。
【請求項１３】
前記異常検出手段は、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについてのセンサ応答性を所定の基準値と比較し、その結果に応じて空燃比センサの異常を検出する請求項１２記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項１４】
リッチ側変化時の変化量データとリーン側変化時の変化量データとを対比させ、それらの大小関係に基づいてリッチ側応答性異常かリーン側応答性異常かを判定する請求項１２又は１３記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項１５】
前記空燃比検出値の変化量データとしてその変化速度又は変化加速度を算出する請求項１２乃至１４の何れかに記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項１６】
リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについて空燃比センサの応答性を等しくするような応答性パラメータを算出するパラメータ算出手段を更に備え、
前記異常検出手段は、前記応答性パラメータに基づいて空燃比センサの異常を検出する請求項１乃至１５の何れかに記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項１７】
空燃比をリッチ側及びリーン側に強制変動させる空燃比変動手段を備え、該空燃比変動手段による空燃比変動に伴い前記空燃比検出値がリッチ側に変化する時、又は前記空燃比検出値がリーン側に変化する時の変化量データを基にセンサ異常の検出を実施する請求項１乃至１６の何れかに記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項１８】
前記空燃比変動手段は、その都度の内燃機関の運転状態に基づいて、空燃比変動の周期又は振幅の少なくとも何れかを設定する請求項１７記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項１９】
前記空燃比変動手段は、内燃機関の低回転・低負荷領域では空燃比変動の周期を長く又は振幅を大きくし、同内燃機関の高回転・高負荷領域では空燃比変動の周期を短く又は振
幅を小さくする請求項１８記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項２０】
前記空燃比変動手段は、目標空燃比をリッチ側及びリーン側に振幅させるものであり、前記空燃比検出値が目標空燃比に到達する都度、当該目標空燃比をリッチ側目標空燃比とリーン側目標空燃比とで交互に切替設定する請求項１７記載の空燃比センサの異常検出装置。
【請求項２１】
内燃機関の排気通路に設置された空燃比センサと、
空燃比センサ信号から検出された空燃比検出値を目標値に一致させるための空燃比補正量を算出する補正量算出手段と、
前記空燃比検出値のリッチ側又はリーン側への変化量データを算出する空燃比検出値変化算出手段と、
前記空燃比補正量のリッチ側又はリーン側への変化量データを算出する補正量変化算出手段と、を備え、
前記算出した空燃比検出値の変化量データと前記算出した空燃比補正量の変化量データとに基づいて前記空燃比センサの応答性を検出するようにした空燃比センサの応答性検出装置において、
前記空燃比検出値の変化量データ及び前記空燃比補正量の変化量データの算出を前記空燃比補正量の変化挙動に基づいて許可又は禁止するデータ算出許可手段を備えたことを特徴とする空燃比センサの応答性検出装置。
【請求項２２】
前記データ算出許可手段は、所定時間内における空燃比補正量のリッチ側又はリーン側への変化幅が規定値を超える場合にのみ空燃比検出値、空燃比補正量の各変化量データの算出を許可する請求項２１記載の空燃比センサの応答性検出装置。
【請求項２３】
前記データ算出許可手段は、空燃比補正量の変化量データ算出を開始した後に空燃比検出値の変化量データ算出を開始するまでの遅延時間を設定し、該遅延時間が経過したタイミングで空燃比検出値の変化量データ算出を許可する請求項２１又は２２記載の空燃比センサの応答性検出装置。
【請求項２４】
内燃機関への燃料供給量の変化からそれに伴う空燃比センサ周囲のガス雰囲気変化までの輸送遅れ時間に基づいて前記遅延時間を設定する手段を備えた請求項２３記載の空燃比センサの応答性検出装置。
【請求項２５】
前記データ算出許可手段は、空燃比補正量の変化量データ算出を許可した後、該算出を許可する期間を所定の規定時間で制限する請求項２１乃至２４の何れかに記載の空燃比センサの応答性検出装置。
【請求項２６】
前記データ算出許可手段は、空燃比補正量のリッチ側への変化幅が規定値を超えた場合において空燃比検出値がリーン側に変化した時、又は空燃比補正量のリーン側への変化幅が規定値を超えた場合において空燃比検出値がリッチ側に変化した時、空燃比検出値の変化量データ算出を禁止する請求項２１乃至２５の何れかに記載の空燃比センサの応答性検出装置。
【請求項２７】
空燃比をリッチ側及びリーン側に強制変動させる空燃比変動手段を備え、該空燃比変動手段による空燃比変動に伴い前記空燃比検出値がリッチ側に変化する時、又は前記空燃比検出値がリーン側に変化する時の変化量データを基に前記空燃比センサの応答性を検出する請求項２１乃至２６の何れかに記載の空燃比センサの応答性検出装置。
【請求項２８】
前記空燃比変動手段は、その都度の内燃機関の運転状態に基づいて、空燃比変動の周期
又は振幅の少なくとも何れかを設定する請求項２７記載の空燃比センサの応答性検出装置。
【請求項２９】
前記空燃比変動手段は、内燃機関の低回転・低負荷領域では空燃比変動の周期を長く又は振幅を大きくし、同内燃機関の高回転・高負荷領域では空燃比変動の周期を短く又は振幅を小さくする請求項２８記載の空燃比センサの応答性検出装置。
【請求項３０】
前記空燃比変動手段は、目標空燃比をリッチ側及びリーン側に振幅させるものであり、前記空燃比検出値が目標空燃比に到達する都度、当該目標空燃比をリッチ側目標空燃比とリーン側目標空燃比とで交互に切替設定する請求項２７記載の空燃比センサの応答性検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空燃比センサの異常検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の排気管に空燃比センサを配設し、この空燃比センサの検出信号により内燃機関から排出される排ガスの空燃比（排気空燃比）を検出するようにした空燃比検出装置が実用化されている。空燃比センサとしては近年、空燃比をリニアに検出可能なリニアＡ／Ｆセンサ等が用いられている。そして、この空燃比検出装置を用いた空燃比制御システムでは、その検出空燃比が目標値で安定するよう空燃比フィードバック制御が実施され、結果として排気エミッションを改善することに成功している。
【０００３】
かかる場合、良好なる空燃比制御を実現するには空燃比センサが正常に機能していることが前提であり、空燃比センサの異常の有無を検出するための異常検出装置が各種提案されている。例えば、特許文献１（特開平４−２３７８５１号公報）では、理論空燃比の近傍で空燃比フィードバック係数を変化させ、その時の空燃比センサ出力応答特性により、空燃比センサの劣化診断を行うこととしていた。また、特許文献２（特開平１０−１６９５０１号公報）では、空燃比センサにより検出された空燃比が変動する際の速度変化量と、空燃比補正係数が変動する際の速度変化量とを演算すると共に、それら速度変化量を比較し、その比較結果に基づいて空燃比センサの異常を診断することとしていた。
【０００４】
上記各特許文献では、空燃比センサの出力応答性に着目しその応答性の状態に基づいてセンサ異常を検出するようにしているが、空燃比センサでは、リッチ側に変化する時のセンサ応答性とリーン側に変化する時のセンサ応答性とのうち、片側にだけ偏って応答性異常が現れることも考えられる。つまり、一般に知られているように空燃比センサはジルコニア等の固体電解質体とそれを挟むように配される一対の電極とを有しており、電極間を伝導する酸素イオン量に応じて排ガス中の酸素濃度（すなわち空燃比）が検出される。この場合、センサ個体差や経時変化等の要因により前記各電極において反応速度が相違すると、空燃比がリッチ側に変化する時の応答性とリーン側に変化する時の応答性とに差異が生じる。かかる実状において、上記各特許文献では、リッチ側変化とリーン側変化との両方を同時に判断するため、片側だけ応答性が悪化する場合にその異常が正しく検出できないおそれがあった。
【０００５】
一方、空燃比センサの出力応答性を検出する場合、仮に空燃比センサが異常状態（例えば応答遅れの状態）にあっても、空燃比が目標空燃比（例えば目標空燃比＝理論空燃比）に制御されている状態ではその状況がセンサ検出値や空燃比補正係数等に反映されにくい。そのため、応答性検出を実施する上で問題となっていた。
【特許文献１】特開平４−２３７８５１号公報
【特許文献２】特開平１０−１６９５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、空燃比センサの応答性異常を好適に検出することができる空燃比センサの異常検出装置を提供することを第１の目的とし、応答性変化の状況を確実に検出することができる空燃比センサの応答性検出装置を提供することを第２の目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明では、空燃比センサ信号から検出された空燃比検出値のリッチ側
、リーン側への変化量データがそれぞれ算出されると共に、空燃比補正量のリッチ側、リーン側への変化量データがそれぞれ算出される。また、前記算出された空燃比検出値のリッチ側、リーン側への変化量データと前記算出された空燃比補正量のリッチ側、リーン側への変化量データとに基づいて、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについて空燃比センサの応答性が検出される。そして、前記検出された空燃比センサの応答性に基づいて当該空燃比センサの異常が検出される。
【０００８】
空燃比センサの経時変化等によりその動特性が変化する場合、空燃比センサのリッチ側への応答性又はリーン側への応答性の何れかのみが大きく変化して異常の状態に至ることがあると考えられる。本発明によれば、空燃比センサのリッチ側への応答性とリーン側への応答性とが個別に検出されるため、空燃比センサの応答性異常を好適に検出することが可能となる。
【０００９】
なおここで言う、リッチ側への変化、リーン側への変化とは、空燃比検出値や空燃比補正量の変化の方向を表現したものであり、リッチ向きの変化又はリーン向きの変化と解釈されるものである。故に、理論空燃比を跨いでリッチ側又はリーン側に変化する場合に限定されるものではない。空燃比補正量のリッチ側、リーン側の変化は空燃比検出値の変化に合わせて例えば燃料増量、燃料減量させるための変化を言う。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについて前記空燃比検出値の変化量データと前記空燃比補正量の変化量データとの比からセンサ応答性が算出され、該算出された空燃比検出値の変化量データと空燃比補正量の変化量データとの比に基づいて空燃比センサの異常が検出される。この場合、空燃比検出値の変化と空燃比補正量の変化とを対比させてセンサ応答性が求められるため、その信頼性が増す。よって、空燃比センサの異常検出がより好適に実施できるようになる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについての空燃比検出値の変化量データと空燃比補正量の変化量データとの比が所定の基準値と比較され、その結果に応じて空燃比センサの異常が検出される。この場合、基準値との比較により例えば経時変化を要因とする応答性変化が監視できる。なお、所定の基準値を、センサ初期状態における初期値に基づき設定することも考えられる。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、空燃比補正量のリッチ側変化に対して空燃比検出値のリッチ側変化が大きいとされる場合にリッチ側応答性異常であると判定され、空燃比補正量のリーン側変化に対して空燃比検出値のリーン側変化が大きいとされる場合にリーン側応答性異常であると判定される。
【００１３】
請求項５に記載したように、前記空燃比検出値の変化量データや前記空燃比補正量の変化量データとしては、それらの変化速度又は変化加速度が算出されると良い。特にこの場合、変化速度又は変化加速度がなまし演算により算出されると良い（後述する請求項１５も同様）。
【００１４】
応答性異常が生じている空燃比センサであっても、空燃比が目標空燃比付近に制御されている状態等では応答性異常の状況が空燃比検出値の変化量データや空燃比補正量の変化量データに反映されにくく、正確な異常検出が実施できないという問題が生じる。これに対し請求項６の発明によれば、空燃比検出値及び空燃比補正量の各変化量データの算出が空燃比補正量の変化挙動に基づいて許可又は禁止されるため、応答性異常の状況を確実に検出することが可能となる。従って、応答性異常の誤検出が防止できる。
【００１５】
請求項７に記載の発明では、所定時間内における空燃比補正量のリッチ側又はリーン側
への変化幅が規定値を超える場合にのみ空燃比検出値、空燃比補正量の各変化量データの算出が許可される。所定時間内における空燃比補正量のリッチ側又はリーン側への変化幅が規定値を超える場合には、空燃比偏差が大きく空燃比センサの応答性異常の状況が明確に現れると考えられる。それ故、センサ応答性異常が良好に検出できる。
【００１６】
空燃比センサの応答性異常の一形態として、空燃比センサ周囲のガス雰囲気変化からセンサ出力が変化し始めるまでの応答が遅れるものがある。かかる応答性異常の場合、センサ出力が反応し始めてからの空燃比検出値の挙動は正常時と変わらないために単に空燃比検出値の変化量データだけでは応答性異常は正確に把握できない。これに対し請求項８に記載の発明では、空燃比補正量の変化量データ算出を開始した後に空燃比検出値の変化量データ算出を開始するまでの遅延時間が設定され、該遅延時間が経過したタイミングで空燃比検出値の変化量データ算出が許可される。従って、センサ出力が変化し始めるまでの応答遅れが生じる場合であってもセンサ応答性異常が正確に検出できる。
【００１７】
前記請求項８の場合、請求項９に記載したように、内燃機関への燃料供給量の変化からそれに伴う空燃比センサ周囲のガス雰囲気変化までの輸送遅れ時間に基づいて前記遅延時間を設定すると良い。なおこの場合、その都度の機関運転状態に基づいて遅延時間を設定すると良い。
【００１８】
請求項１０に記載の発明では、空燃比補正量の変化量データ算出が許可された後、算出許可の期間が所定の規定時間で制限される。つまり、空燃比補正量の変化量データ算出を開始した後、時間制限無く当該算出を継続すると、応答性異常の状況が次第に不明確になる場合があると考えられる。例えば、ガス雰囲気変化からセンサ出力が変化し始めるまでの応答が遅れるが反応開始後の出力挙動は正常時と変わらないような形態の応答性異常の場合、時間の経過と共に応答性異常の検出が次第に困難になると考えられる。これに対し、上記のとおり時間制限を持たせることにより、センサ応答性異常が確実に検出できる。
【００１９】
請求項１１に記載の発明では、空燃比補正量のリッチ側への変化幅が規定値を超えた場合において空燃比検出値がリーン側に変化した時、又は空燃比補正量のリーン側への変化幅が規定値を超えた場合において空燃比検出値がリッチ側に変化した時、空燃比検出値の変化量データ算出が禁止される。この場合、センサ応答性の異常検出に際し、ノイズや一時的な燃焼変動による空燃比検出値のばらつき分を排除することが低減できる。
【００２０】
また、請求項１２に記載の発明では、空燃比センサ信号から検出された空燃比検出値のリッチ側、リーン側への変化量データがそれぞれ算出され、該算出された空燃比検出値のリッチ側、リーン側への変化量データに基づいて、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについて空燃比センサの応答性が検出される。そして、該検出された空燃比センサの応答性に基づいて当該空燃比センサの異常が検出される。
【００２１】
前述の通り空燃比センサの経時変化等によりその動特性が変化する場合、空燃比センサのリッチ側への応答性又はリーン側への応答性の何れかのみが大きく変化して異常の状態に至ることがあると考えられる。本請求項１２の発明によれば、空燃比センサのリッチ側への応答性とリーン側への応答性とが個別に検出されるため、空燃比センサの応答性異常を好適に検出することが可能となる。
【００２２】
請求項１３に記載の発明では、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについてのセンサ応答性が所定の基準値と比較され、その結果に応じて空燃比センサの異常が検出される。この場合、基準値との比較により例えば経時変化を要因とする応答性変化が監視できる。なお、所定の基準値を、センサ初期状態における初期値に基づき設定することも考えられる。
【００２３】
請求項１４に記載の発明では、リッチ側変化時の変化量データとリーン側変化時の変化量データとが対比され、それらの大小関係に基づいてリッチ側応答性異常かリーン側応答性異常かが判定される。
【００２４】
請求項１５に記載したように、前記空燃比検出値の変化量データとしてはその変化速度又は変化加速度が算出されると良い。
【００２５】
請求項１６に記載の発明では、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについて空燃比センサの応答性を等しくするような応答性パラメータが算出され、該応答性パラメータに基づいて空燃比センサの異常が検出される。この場合、リッチ側変化時とリーン側変化時とで応答性に差異が生じると、前記応答性パラメータが大きく変化する。このことから、センサ異常の検出が可能となる。
【００２６】
請求項１７に記載の発明では、空燃比がリッチ側及びリーン側に強制変動される構成にあって、その空燃比変動に伴い前記空燃比検出値がリッチ側に変化する時、又は前記空燃比検出値がリーン側に変化する時の変化量データを基にセンサ異常の検出が実施される。この場合、空燃比がリッチ側又はリーン側に変化した時の変化量データを十分に得ることができ、信頼性の高いセンサ異常検出が実現できる。なお、こうして空燃比を強制変動させる場合、空燃比変動の周期や振幅を予め規定しておくと良い。かかる構成では空燃比の変動量が予め分かるため、請求項１２に記載したように、空燃比検出値の変化量データだけを用いてセンサ異常の検出が可能となる（すなわちこの場合、空燃比補正量の変化量データを必ずしも用いなくても良い）。
【００２７】
空燃比を強制変動させる際、空燃比変動の周期や振幅を固定設定してもよいが、以下のように可変設定することも可能である。請求項１８に記載の発明では、その都度の内燃機関の運転状態に基づいて、空燃比変動の周期又は振幅の少なくとも何れかが設定される。この場合、内燃機関の運転状態は逐次変化するが、その変化に追従した状態での空燃比変動制御が可能となる。
【００２８】
空燃比を強制的に変動させる場合、例えば低回転・低負荷領域では、排ガス流量が少なく且つ排ガス流速も小さいために燃料噴射量の変化から空燃比検出値が変化するまでに時間がかかる。これに対して、高回転・高負荷領域では、排ガス流量が多く且つ排ガス流速も速いために燃料噴射量の変化から空燃比検出値が変化するまでに時間がかからない。そこで、請求項１９に記載したように、内燃機関の低回転・低負荷領域では空燃比変動の周期を長く又は振幅を大きくし、同内燃機関の高回転・高負荷領域では空燃比変動の周期を短く又は振幅を小さくすると良い。これにより、機関運転状態が変化しても、ほぼ同様の期間にてリッチ側／リーン側の空燃比変動を行わせることができ、センサ応答性の異常検出の信頼性が向上する。
【００２９】
また、請求項２０に記載の発明では、空燃比検出値が目標空燃比に到達する都度、当該目標空燃比がリッチ側目標空燃比とリーン側目標空燃比とで交互に切替設定される。これにより、リッチ側及びリーン側で所望とする空燃比変動を実現しつつ、リッチ側目標空燃比とリーン側目標空燃比との間での空燃比変動が最短時間で実現できる。
【００３０】
請求項２１に記載の発明では、空燃比センサ信号から検出された空燃比検出値のリッチ側又はリーン側への変化量データが算出されると共に、空燃比補正量のリッチ側又はリーン側への変化量データが算出され、空燃比検出値の変化量データと空燃比補正量の変化量データとに基づいて空燃比センサの応答性が検出される。また特に、空燃比補正量の変化挙動に基づいて、空燃比検出値の変化量データ及び空燃比補正量の変化量データの算出が
許可又は禁止される。
【００３１】
要するに、空燃比センサの応答性は経時変化等により変化し、その応答性の変化は、空燃比検出値の変化量データや空燃比補正量の変化量データに基づいて検出が可能である。しかしながら、応答性変化が生じている空燃比センサであっても、空燃比が目標空燃比付近に制御されている状態等では応答性変化の状況が空燃比検出値の変化量データや空燃比補正量の変化量データに反映されにくく、正確な応答性検出が実施できないという問題が生じる。これに対し本請求項２１の発明によれば、空燃比検出値及び空燃比補正量の各変化量データの算出が空燃比補正量の変化挙動に基づいて許可又は禁止されるため、応答性変化の状況を確実に検出することが可能となる。応答性の誤検出も防止できる。
【００３２】
請求項２２に記載の発明では、所定時間内における空燃比補正量のリッチ側又はリーン側への変化幅が規定値を超える場合にのみ空燃比検出値、空燃比補正量の各変化量データの算出が許可される。所定時間内における空燃比補正量のリッチ側又はリーン側への変化幅が規定値を超える場合には、空燃比偏差が大きく空燃比センサの応答性変化の状況が明確に現れると考えられる。それ故、センサ応答性が良好に検出できる。
【００３３】
空燃比センサの応答性変化の一形態として、空燃比センサ周囲のガス雰囲気変化からセンサ出力が変化し始めるまでの応答時間が変化するものがある。かかる応答性変化の場合、センサ出力が反応し始めてからの空燃比検出値の挙動は正常時と変わらないために単に空燃比検出値の変化量データだけでは応答性変化は正確に把握できない。これに対し請求項２３に記載の発明では、空燃比補正量の変化量データ算出を開始した後に空燃比検出値の変化量データ算出を開始するまでの遅延時間が設定され、該遅延時間が経過したタイミングで空燃比検出値の変化量データ算出が許可される。従って、センサ出力が変化し始めるまでの応答時間が変化する場合であってもセンサ応答性変化が正確に検出できる。
【００３４】
前記請求項２３の場合、請求項２４に記載したように、内燃機関への燃料供給量の変化からそれに伴う空燃比センサ周囲のガス雰囲気変化までの輸送遅れ時間に基づいて前記遅延時間が設定されると良い。なおこの場合、その都度の機関運転状態に基づいて遅延時間を設定すると良い。
【００３５】
請求項２５に記載の発明では、空燃比補正量の変化量データ算出が許可された後、算出許可の期間が所定の規定時間で制限される。つまり、空燃比補正量の変化量データ算出を開始した後、時間制限無く当該算出を継続すると、応答性変化の状況が次第に不明確になる場合があると考えられる。例えば、ガス雰囲気変化からセンサ出力が変化し始めるまでの応答が遅れるが反応開始後の出力挙動は正常時と変わらないような形態の応答性異常の場合、時間の経過と共に応答性変化の検出が次第に困難になると考えられる。これに対し、上記のとおり時間制限を持たせることにより、センサ応答性変化が確実に検出できる。
【００３６】
請求項２６に記載の発明では、空燃比補正量のリッチ側への変化幅が規定値を超えた場合において空燃比検出値がリーン側に変化した時、又は空燃比補正量のリーン側への変化幅が規定値を超えた場合において空燃比検出値がリッチ側に変化した時、空燃比検出値の変化量データ算出が禁止される。この場合、センサ応答性検出に際し、ノイズや一時的な燃焼変動による空燃比検出値のばらつき分を排除することが低減できる。
【００３７】
請求項２７に記載の発明では、空燃比をリッチ側及びリーン側に強制変動させる構成とし、空燃比変動に伴い空燃比検出値がリッチ側に変化する時、又は空燃比検出値がリーン側に変化する時の変化量データを基に空燃比センサの応答性を検出する。この場合、空燃比がリッチ側又はリーン側に変化した時の変化量データを十分に得ることができ、信頼性の高いセンサ応答性検出が実現できる。
【００３８】
空燃比を強制変動させる際、空燃比変動の周期や振幅を固定設定してもよいが、以下のように可変設定することも可能である。請求項２８に記載の発明では、その都度の内燃機関の運転状態に基づいて、空燃比変動の周期又は振幅の少なくとも何れかが設定される。この場合、内燃機関の運転状態は逐次変化するが、その変化に追従した状態での空燃比変動制御が可能となる。
【００３９】
空燃比を強制的に変動させる場合、例えば低回転・低負荷領域では、排ガス流量が少なく且つ排ガス流速も小さいために燃料噴射量の変化から空燃比検出値が変化するまでに時間がかかる。これに対して、高回転・高負荷領域では、排ガス流量が多く且つ排ガス流速も速いために燃料噴射量の変化から空燃比検出値が変化するまでに時間がかからない。そこで、請求項２９に記載したように、内燃機関の低回転・低負荷領域では空燃比変動の周期を長く又は振幅を大きくし、同内燃機関の高回転・高負荷領域では空燃比変動の周期を短く又は振幅を小さくすると良い。これにより、機関運転状態が変化しても、ほぼ同様の期間にてリッチ側／リーン側の空燃比変動を行わせることができ、センサ応答性検出の信頼性が向上する。
【００４０】
また、請求項３０に記載の発明では、空燃比検出値が目標空燃比に到達する都度、当該目標空燃比がリッチ側目標空燃比とリーン側目標空燃比とで交互に切替設定される。これにより、リッチ側及びリーン側で所望とする空燃比変動を実現しつつ、リッチ側目標空燃比とリーン側目標空燃比との間での空燃比変動が最短時間で実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施することとしている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。
【００４２】
図１に示すエンジン１０において、吸気管１１の最上流部にはエアクリーナ１２が設けられ、このエアクリーナ１２の下流側には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１３が設けられている。エアフローメータ１３の下流側には、ＤＣモータ等のアクチュエータによって開度調節されるスロットルバルブ１４と、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ１５とが設けられている。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１９が取り付けられている。
【００４３】
エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられており、吸気バルブ２１の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排ガスが排気管２４に排出される。エンジン１０のシリンダヘッドには各気筒毎に点火プラグ２７が取り付けられており、点火プラグ２７には、点火コイル等よりなる図示しない点火装置を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２７の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。
【００４４】
排気管２４には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒３１が設けられ、この触媒３１の上流側には排ガスを検出対象として混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ３２（リニアＡ／Ｆセンサ等）が設けられている。また、エンジン１０のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ３３や、エンジンの所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ３４が取り付けられている。
【００４５】
上述した各種センサの出力は、エンジン制御を司るＥＣＵ４０に入力される。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁１９の燃料噴射量や点火プラグ２７による点火時期を制御する。特に燃料噴射量制御では、空燃比センサ３２により検出された空燃比（検出空燃比）と目標空燃比との偏差に基づいて空燃比補正量としての空燃比補正係数ＦＡＦを算出し、この空燃比補正係数ＦＡＦを用いた空燃比Ｆ／Ｂ制御を実施することとしている。
【００４６】
ここで、空燃比センサ３２の構成を図９を用いて説明する。本空燃比センサ３２は積層型構造のセンサ素子５０を有し、図９にはセンサ素子５０の断面構成を示す。実際には当該センサ素子５０は図９の紙面直交方向に延びる長尺状をなし、素子全体がハウジングや素子カバー内に収容される構成となっている。
【００４７】
センサ素子５０は、固体電解質層５１、拡散抵抗層５２、遮蔽層５３及び絶縁層５４を有し、これらが図の上下に積層されて構成されている。同素子５０の周囲には図示しない保護層が設けられている。長方形板状の固体電解質層５１は部分安定化ジルコニア製のシートよりなり、その固体電解質層５１を挟んで上下一対の電極５５，５６が対向配置されている。電極５５，５６は白金Ｐｔ等により形成されている。拡散抵抗層５２は電極５５へ排ガスを導入するための多孔質シートからなり、遮蔽層５３は排ガスの透過を抑制するための緻密層からなる。これら各層５２，５３は何れも、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスをシート成形法等により成形したものであるが、ポロシティの平均孔径及び気孔率の違いによりガス透過率が相違するものとなっている。
【００４８】
絶縁層５４はアルミナ、ジルコニア等のセラミックスからなり、電極５６に対面する部位には大気ダクト５７が形成されている。また、同絶縁層５４には白金Ｐｔ等により形成されたヒータ５８が埋設されている。ヒータ５８はバッテリ電源からの通電により発熱する発熱体よりなり、その発熱により素子全体が加熱される。なお以下の説明では、電極５５を拡散層側電極、電極５６を大気側電極とも言う。
【００４９】
上記センサ素子５０において、その周囲の排ガスは拡散抵抗層５２の側方部位から導入されて拡散層側電極５５に達する。排ガスがリーンの場合、排ガス中の酸素は電極５５，５６間の電圧印加により拡散層側電極５５で分解され、イオン化されて固体電解質層５１を通過した後、大気側電極５６より大気ダクト５７に排出される。このとき、大気側電極５６→拡散層側電極５５の向きに電流が流れ、その電流レベルに応じたセンサ信号が出力される。また、排ガスがリッチの場合、逆に大気ダクト５７内の酸素が大気側電極５６で分解され、イオン化されて固体電解質層５１を通過した後、拡散層側電極５５より排出される。そして、排ガス中のＨＣやＣＯ等の未燃成分と触媒反応する。このとき、拡散層側電極５５→大気側電極５６の向きに電流が流れ、その電流レベルに応じたセンサ信号が出力される。
【００５０】
上記の如く空燃比センサ３２（センサ素子５０）では、拡散層側電極５５及び大気側電極５６で酸素の分解反応等が行われるが、各電極５５，５６で反応速度が異なると、リッチ時、リーン時の各々でセンサ応答性が相違する。この応答性の相違はセンサ個体差や経
時変化を要因とし、センサ応答性が相違すると、空燃比制御に悪影響が及ぶことが考えられる。そこで本実施の形態の空燃比検出装置では、リッチ側への変化時におけるセンサ応答性とリーン側への変化時におけるセンサ応答性とに基づいて空燃比センサ３２の応答性異常を検出することとし、その詳細を以下に説明する。
【００５１】
図２は、空燃比検出装置の構成を機能別に示す機能ブロック図であり、それら各機能を簡単に説明する。空燃比調整部Ｍ１では、後述する空燃比センサ信号処理部Ｍ５より取り込まれる修正空燃比φｍと目標空燃比との偏差に基づいて空燃比補正係数ＦＡＦが算出される。空燃比補正係数記憶部Ｍ２では、少なくとも空燃比補正係数ＦＡＦの今回値と前回値とが記憶され、修正空燃比記憶部Ｍ３では、少なくとも修正空燃比φｍの今回値と前回値とが記憶される。応答性検出部Ｍ４では、空燃比補正係数ＦＡＦと修正空燃比φｍとに基づいて、空燃比センサ３２のリッチ側、リーン側への応答性を表す応答性パラメータ（パラメータα）が算出される。空燃比センサ信号処理部Ｍ５では、空燃比センサ信号から算出された検出空燃比φｓｉｇと前記パラメータαとに基づいて修正空燃比φｍが算出される。また、センサ異常検出部Ｍ６では、応答性検出部Ｍ４から出力されるパラメータα等に基づいて空燃比センサ３２の異常が検出される。なおここでは、空燃比を燃料過剰率（燃料量／空気量）で説明するが、これに代えて空気過剰率を用いる構成であっても何ら差し支えはない。
【００５２】
本実施の形態では、空燃比調整部Ｍ１が「補正量算出手段」に相当し、応答性検出部Ｍ４が「空燃比検出値変化算出手段」、「補正量変化算出手段」、「応答性検出手段」及び「パラメータ算出手段」に相当し、センサ異常検出部Ｍ６が「異常検出手段」に相当する。
【００５３】
上記の各機能はＥＣＵ４０が実行する制御プログラムにより実現されるようになっており、空燃比調整部Ｍ１、応答性検出部Ｍ４、空燃比センサ信号処理部Ｍ５及びセンサ異常検出部Ｍ６についてその処理手順を説明する。
【００５４】
図３は、空燃比調整部Ｍ１におけるＦＡＦ算出処理を示すフローチャートである。図３において、先ずステップＳ１０１では、空燃比Ｆ／Ｂ条件が成立しているか否かを判別する。空燃比Ｆ／Ｂ条件には、例えば冷却水温が所定温度以上であること、高回転・高負荷状態でないこと、空燃比センサ３２が活性状態にあることなどが含まれる。条件成立の場合ステップＳ１０２に進み、目標空燃比φｒｅｆと修正空燃比φｍとから空燃比偏差ｅｒｒを算出する（ｅｒｒ＝φｒｅｆ−φｍ）。その後、ステップＳ１０３では、周知のＰＩ制御手法に基づいて次式により空燃比補正係数ＦＡＦを算出する。
ＦＡＦ＝ＫＦｐ・ｅｒｒ＋ＫＦｉ・Σｅｒｒ
ＫＦｐは比例定数、ＫＦｉは積分定数である。なお、空燃比補正係数ＦＡＦの算出手法について限定はなく、過去のＦＡＦ値を反映させてＦＡＦ値の今回値を算出するもの、エンジン１０の動的挙動を表したモデルを用いてＦＡＦ値を算出するものなどが任意に適用できる。
【００５５】
空燃比Ｆ／Ｂ条件が不成立の場合にはステップＳ１０４に進み、空燃比補正係数ＦＡＦを１とする。
【００５６】
次に、図４〜図６は、応答性検出部Ｍ４における演算処理を示すフローチャートであり、そのうち図４は空燃比補正係数ＦＡＦの変化速度を算出するためのＦＡＦ変化速度算出処理を示すフローチャート、図５は修正空燃比φｍの変化速度を算出するためのφｍ変化速度算出処理を示すフローチャート、図６はパラメータα算出処理を示すフローチャートである。
【００５７】
先ず図４のＦＡＦ変化速度算出処理において、ステップＳ２０１では、今現在、空燃比補正係数ＦＡＦの演算中であるか否かを判別し、ＦＡＦ演算中であることを条件にステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２では、空燃比補正係数の今回値ＦＡＦ（ｋ）と前回値ＦＡＦ（ｋ−１）との差からその変化量ΔＦＡＦを算出する。その後、ステップＳ２０３では、空燃比補正係数の変化量ΔＦＡＦが０よりも大きいか否かを判別する。ここで、ΔＦＡＦ＞０であることは、燃料噴射弁１９による燃料噴射量が増量側に補正され、それに伴い空燃比がリッチ側に変化することを意味する。
【００５８】
ΔＦＡＦ＞０の場合ステップＳ２０４に進み、リッチ側に変化する時の空燃比補正係数の変化速度ΔＦＡＦＲを次式により算出する。
ΔＦＡＦＲ(k)＝ΔＦＡＦＲ(k-1)＋ｋｓｍ１（ΔＦＡＦ(k)−ΔＦＡＦ(k-1)）
上式中、ｋｓｍ１はなまし率である。
【００５９】
また、ΔＦＡＦ≦０の場合ステップＳ２０５に進み、リーン側に変化する時の空燃比補正係数の変化速度ΔＦＡＦＬを次式により算出する。
ΔＦＡＦＬ(k)＝ΔＦＡＦＬ(k-1)＋ｋｓｍ１（ΔＦＡＦ(k)−ΔＦＡＦ(k-1)）
以上により、リッチ変化時及びリーン変化時における空燃比補正量の変化量データとして空燃比補正係数の変化速度ΔＦＡＦＲ，ΔＦＡＦＬが算出される。
【００６０】
次に、図５のφｍ変化速度算出処理において、ステップＳ３０１では、今現在、修正空燃比φｍの演算中であるか否かを判別し、φｍ演算中であることを条件にステップＳ３０２に進む。ステップＳ３０２では、修正空燃比の今回値φｍ（ｋ）と前回値φｍ（ｋ−１）との差からその変化量Δφｍを算出する。その後、ステップＳ３０３では、修正空燃比の変化量Δφｍが０よりも大きいか否かを判別する。ここで、Δφｍ＞０であることは、燃料過剰率が増加しており空燃比がリッチ側に変化することを意味する。
【００６１】
Δφｍ＞０の場合ステップＳ３０４に進み、リッチ側に変化する時の修正空燃比の変化速度ΔφｍＲを次式により算出する。
ΔφｍＲ(k)＝ΔφｍＲ(k-1)＋ｋｓｍ２（Δφｍ(k)−Δφｍ(k-1)）
上式中、ｋｓｍ２はなまし率である。
【００６２】
また、Δφｍ≦０の場合ステップＳ３０５に進み、リーン側に変化する時の修正空燃比の変化速度ΔφｍＬを次式により算出する。
ΔφｍＬ(k)＝ΔφｍＬ(k-1)＋ｋｓｍ２（Δφｍ(k)−Δφｍ(k-1)）
以上により、リッチ変化時及びリーン変化時における空燃比検出値の変化量データとして修正空燃比の変化速度ΔφｍＲ，ΔφｍＬが算出される。
【００６３】
また、図６のパラメータα算出処理において、ステップＳ４０１では、リッチ側への空燃比変化時における修正空燃比の変化速度ΔφｍＲと空燃比補正係数の変化速度ΔＦＡＦＲとの比ｃｏｍｐＲ（＝ΔφｍＲ(k)／ΔＦＡＦＲ(k)）を算出すると共に、リーン側への空燃比変化時における修正空燃比の変化速度ΔφｍＬと空燃比補正係数の変化速度ΔＦＡＦＬとの比ｃｏｍｐＬ（＝ΔφｍＬ(k)／ΔＦＡＦＬ(k)）を算出する。
【００６４】
その後、ステップＳ４０２では、前記算出したｃｏｍｐＲとｃｏｍｐＬとの比ｃｏｍｐＲＬを算出し、続くステップＳ４０３では、ｃｏｍｐＲＬを目標値（＝１）にするためのＰＩ補償器を使ってパラメータαを算出する。すなわち、
ｅ＝ｃｏｍｐＲＬ−１
α＝１＋ｋｐ・ｅ＋ｋｉ（Σｅ）
としてパラメータαを算出する。なお、ｋｐは比例定数、ｋｉは積分定数である。
【００６５】
以上により、リッチ変化時及びリーン変化時における空燃比センサ３２の応答性データとしてｃｏｍｐＲ，ｃｏｍｐＬが算出されると共に、応答性パラメータとしてパラメータαが算出される。
【００６６】
ところで本実施の形態では、位相進みフィルタを用いて空燃比センサ信号処理を実施することとしており、その伝達関数は次の（１）式のように表される。Ａはセンサ時定数の中央値である。
【００６７】
【数１】
2005121003.tif 000003
【００６８】
また、連続時間を離散時間に変換するための双一次ｓ−ｚ変換は次の（２）式で表される。（２）式において、ｈ＝２／Ｔ（Ｔはサンプル周期）である。
【００６９】
【数２】
2005121003.tif 000004
【００７０】
上記（２）式により、上記（１）式は次の（３）式となる。
【００７１】
【数３】
2005121003.tif 000005
【００７２】
上記（３）式を差分方程式に展開すると、次の（４）式が得られる。
【００７３】
【数４】
2005121003.tif 000006
【００７４】
Ｙはフィルタ出力、Ｕはフィルタ入力である。上記（４）式により、フィルタ入力である検出空燃比φｓｉｇに対して位相進み処理が実施され、その結果、修正空燃比φｍが算出できる。
【００７５】
図７は、空燃比センサ信号処理部Ｍ５におけるセンサ信号処理を示すフローチャートである。
【００７６】
図７において、ステップＳ５０１では、センサ信号処理の実行条件が成立しているか否かを判別する。その実行条件には、例えば空燃比センサ３２がフェイルしていないこと、同センサ３２が活性状態にあることなどが含まれる。また、ステップＳ５０２では、空燃比がリッチ向きに変化しているか否かを判別する。具体的には、検出空燃比φｓｉｇの前回値と今回値との差を求め、その「今回値−前回値」が正であればリッチ向きに空燃比が変化している旨判定する。
【００７７】
実行条件成立の下でリッチ向き変化時である場合（すなわちステップＳ５０２がＹＥＳ
の場合）、ステップＳ５０３に進んでパラメータαを１に初期化する。また、リーン向き変化時である場合（ステップＳ５０２がＮＯの場合）、そのままステップＳ５０４に進んで前記（４）式を用いて位相進み処理を実施する。これにより、リーン側への空燃比変化時において検出空燃比φｓｉｇがパラメータαに応じて補正され、修正空燃比φｍが算出される。
【００７８】
また、図８は、センサ異常検出部Ｍ６におけるセンサ異常検出処理を示すフローチャートである。
【００７９】
図８において、ステップＳ６０１では、前記図６の演算処理にて算出したｃｏｍｐＲ，ｃｏｍｐＬ，ｃｏｍｐＲＬ，パラメータαを読み込み、続くステップＳ６０２〜Ｓ６０５では、前記読み込んだｃｏｍｐＲ，ｃｏｍｐＬ，ｃｏｍｐＲＬ，パラメータαからセンサ異常の有無を判定する。すなわち、ステップＳ６０２では、ｃｏｍｐＲ＞Ｋ１であるか否かを判別し、ステップＳ６０３では、ｃｏｍｐＬ＞Ｋ２あるか否かを判別する（但し、Ｋ１＝Ｋ２も可）。ステップＳ６０４では、Ｋ３＜ｃｏｍｐＲＬ＜Ｋ４であるか否かを判別する。ステップＳ６０５では、α＞Ｋ５であるか否かを判別する。このとき、Ｋ１〜Ｋ５は応答性異常判定値であり、特にＫ３＜１、Ｋ４＞１である。
【００８０】
ここで、空燃比補正係数ＦＡＦのリッチ側変化又はリーン側変化に対して修正空燃比φｍのリッチ側変化又はリーン側変化が過剰に大きいとされる場合にステップＳ６０２，Ｓ６０３がＹＥＳとなり、リッチ側・リーン側のセンサ応答性が大きく相違する場合にステップＳ６０４，Ｓ６０５がＹＥＳとなる。
【００８１】
そして、ステップＳ６０２〜Ｓ６０５の全てがＮＯであればステップＳ６０６に進み、空燃比センサ３２が正常である旨判定する。また、ステップＳ６０２〜Ｓ６０５の何れかがＹＥＳであればステップＳ６０７に進み、空燃比センサ３２に応答性異常が発生している旨判定する。因みに、センサ異常が発生していると判定された場合には、異常警告灯が点灯されて運転者等への異常警告が行われる。そして、空燃比センサ３２の修理や交換等、適切な処置の実施が促される。また、異常診断データ（ダイアグデータ）がバックアップメモリ等に記憶保持される他、空燃比Ｆ／Ｂ制御を中断するなどのフェイルセーフ処理が実施される。なお、ステップＳ６０２〜Ｓ６０５の全てにより異常検出する構成に限られず、そのうち何れかのみ（例えばステップＳ６０４，Ｓ６０５）により異常検出するものであっても良い。
【００８２】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００８３】
空燃比センサ３２のリッチ側変化時の応答性とリーン側変化時の応答性とを個別に検出するようにしたため、応答性データから空燃比センサ３２の動特性を知り得ることができ、その動特性に基づいて空燃比センサ３２の応答性異常を好適に検出することができる。
【００８４】
また、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについて修正空燃比φｍの変化量データ（ΔφｍＲ，ΔφｍＬ）と空燃比補正係数ＦＡＦの変化量データ（ΔＦＡＦＲ，ΔＦＡＦＬ）との比から応答性データ（ｃｏｍｐＲ，ｃｏｍｐＬ）を算出する構成としたため、修正空燃比φｍの変化と空燃比補正係数ＦＡＦの変化とを対比させて応答性データが求められる。それ故、応答性データの信頼性が増し、空燃比センサ３２の異常検出がより好適に実施できるようになる。
【００８５】
（第２の実施の形態）
次に、本発明における第２の実施の形態を、上記第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００８６】
応答性異常が生じている空燃比センサであっても、空燃比が目標空燃比付近に制御されている状態等では応答性異常の状況が空燃比検出値の変化量データ（ΔφｍＲ，ΔφｍＬ）や空燃比補正量の変化量データ（ΔＦＡＦＲ，ΔＦＡＦＬ）に反映されにくいと考えられる。そこで本実施の形態では、空燃比補正量（空燃比補正係数ＦＡＦ）の変化挙動に基づいて、空燃比検出値及び空燃比補正量の各変化量データの算出を許可又は禁止し、ひいては、応答性異常の検出精度向上を図ることとする。
【００８７】
図１０は、本実施の形態におけるセンサ異常検出処理の全体の流れを示すフローチャートであり、同フローチャートに基づいて空燃比センサ３２の異常検出が実施される。図１０の処理は例えば所定の時間周期でＥＣＵ４０により実行される。
【００８８】
図１０において、先ずステップＳ７１０では、異常検出の実行条件を判別する。具体的には、例えばエンジン回転数、負荷、水温、空燃比センサ３２の活性状態などをモニタし、エンジン１０の暖機完了後であって中回転・中負荷運転時であれば実行条件が成立している旨判別する。実行条件の成立時には後続のステップＳ７２０に進み、実行条件の不成立時にはそのまま本処理を終了する。
【００８９】
異常検出の実行条件成立時には、空燃比強制変動処理（ステップＳ７２０）、ＦＡＦ変化速度算出処理（ステップＳ７３０）、φｍ変化速度算出処理（ステップＳ７４０）、パラメータα算出処理（ステップＳ７５０）、センサ信号処理（ステップＳ７６０）、センサ異常検出処理（ステップＳ７７０）を順次実施する。
【００９０】
上記各処理のうち、空燃比強制変動処理（ステップＳ７２０）を図１１に、ＦＡＦ変化速度算出処理（ステップＳ７３０）を図１２に、φｍ変化速度算出処理（ステップＳ７４０）を図１５にそれぞれ示しており、以下にはこれら各処理を順次説明する。なお、パラメータα算出処理（ステップＳ７５０）、センサ信号処理（ステップＳ７６０）、センサ異常検出処理（ステップＳ７７０）については、前記図６〜図８を準用できるためここでは説明を省略する。
【００９１】
先ずは図１１の空燃比強制変動処理において、ステップＳ８０１では、空燃比変動の周期及び振幅の算出タイミングであるか否かを判別する。例えば、空燃比の反転タイミング（後述する変動周期の１／２）になったか否かを判別する。そして、算出タイミングでなければそのまま本処理を終了する。また、算出タイミングであれば、ステップＳ８０２，Ｓ８０３で空燃比変動の周期と振幅とを算出する。このとき、エンジン運転状態に応じて変動周期と振幅を可変設定すると良く、例えば図１６に示す特性のマップを用い、その時々のエンジン回転数と負荷に応じて変動周期と振幅を算出する。図１６の特性によれば、低回転・低負荷の運転領域では変動周期が長く、振幅が大きく設定され、高回転・高負荷の運転領域では変動周期が短く、振幅が小さく設定される。つまり、低回転・低負荷状態と高回転・高負荷状態とを比較すると、前者は排ガス流量が少なく且つ流速が小さいため実空燃比の応答が遅く、後者は排ガス流量が多く且つ流速が大きいため実空燃比の応答が速い。かかる実状において図１６のように変動周期と振幅を設定すれば、何れの運転状態下においてもリッチ側及びリーン側の実空燃比の応答をほぼ同様にすることができる。但し、マップによる変動周期、振幅の設定に代えて数式による設定手法を用いることも可能である。空燃比変動の周期又は振幅の何れか一方のみを可変設定する構成とすることも可能である。
【００９２】
その後、ステップＳ８０４では、リッチ化フラグの状態に基づいて今現在の空燃比変動がリッチ変動であるかリーン変動であるかを判別する。リッチ変動（リッチ化フラグ＝１）の場合、ステップＳ８０５に進み、ベース目標空燃比から強制変動振幅を減算した値を
目標空燃比とすると共にリッチ化フラグをクリアする。また、リーン変動（リッチ化フラグ＝０）の場合、ステップＳ８０６に進み、ベース目標空燃比に強制変動振幅を加算した値を目標空燃比とすると共にリッチ化フラグをセットする。
【００９３】
なお、リッチ化しているか否かの判別は、上述したリッチ化フラグによる判別以外に、その時々の目標空燃比による判別であっても良い。また、反転周期をカウントする周期カウンタを持たせ、そのカウンタ値から判別しても良い。同カウンタはリッチ／リーン各々に設定しても良いし、リッチ／リーン共用としても良い。
【００９４】
次に、図１２のＦＡＦ変化速度算出処理において、ステップＳ９０１では、今現在、空燃比補正係数ＦＡＦの演算中であるか否かを判別し、ＦＡＦ演算中であることを条件にステップＳ９０２に進む。ステップＳ９０２では、空燃比補正係数の今回値ＦＡＦ（ｋ）と前回値ＦＡＦ（ｋ−１）との差からその変化量ΔＦＡＦ１を算出すると共に、続くステップＳ９０３では、空燃比補正係数の今回値ＦＡＦ（ｋ）と３回前の値ＦＡＦ（ｋ−３）との差からその変化量ΔＦＡＦ２を算出する。なお以下の記載では、ΔＦＡＦ１，ΔＦＡＦ２を区別するため、前者を第１変化量ΔＦＡＦ１、後者を第２変化量ΔＦＡＦ２とも言う。第２変化量ΔＦＡＦ２は、空燃比補正係数の今回値ＦＡＦ（ｋ）と３回前の値ＦＡＦ（ｋ−３）との差から算出する以外に、今回値ＦＡＦ（ｋ）と２回前の値ＦＡＦ（ｋ−２）との差から算出したり、今回値ＦＡＦ（ｋ）と４回前の値ＦＡＦ（ｋ−４）との差から算出したりする等しても良い。この場合、エンジン毎に最適な時間間隔を設定すれば良い。
【００９５】
その後、ステップＳ９０４では、前記算出した空燃比補正係数の第２変化量ΔＦＡＦ２が予め規定したリッチ側判定値ｋｒｉｃｈ以上であるか否かを判別する。そして、ΔＦＡＦ２＜ｋｒｉｃｈであれば、ステップＳ９０５でΔＦＡＦＲ算出許可フラグをクリアする。また、ステップＳ９０６では、前記算出した空燃比補正係数の第２変化量ΔＦＡＦ２が予め規定したリーン側判定値ｋｌｅａｎ以下であるか否かを判別する。そして、ΔＦＡＦ２＞ｋｌｅａｎであれば、ステップＳ９０７でΔＦＡＦＬ算出許可フラグをクリアした後本処理を終了する。ここで、ΔＦＡＦＲ算出許可フラグは空燃比補正係数のリッチ側変化速度ΔＦＡＦＲの算出を許可するためのフラグ、ΔＦＡＦＬ算出許可フラグは空燃比補正係数のリーン側変化速度ΔＦＡＦＬの算出を許可するためのフラグであり、それぞれ１が算出許可を、０が算出不許可を表す。すなわち、所定期間内における空燃比補正係数ＦＡＦの変化幅が規定値を超えない場合（ｋｌｅａｎ＜ΔＦＡＦ２＜ｋｒｉｃｈの場合）、空燃比補正係数のリッチ側変化速度ΔＦＡＦＲ、リーン側変化速度ΔＦＡＦＬは何れも算出されないようになっている。
【００９６】
ΔＦＡＦ２≧ｋｒｉｃｈであればステップＳ９１０に進み、空燃比補正係数のリッチ側変化速度ΔＦＡＦＲの算出処理を実施する。また、ΔＦＡＦ２≦ｋｌｅａｎであればステップＳ９２０に進み、空燃比補正係数のリーン側変化速度ΔＦＡＦＬの算出処理を実施する。
【００９７】
ΔＦＡＦＲ算出処理を図１３に基づいて説明する。ステップＳ９１１ではΔＦＡＦＲ算出許可フラグが０であるか否かを判別し、同フラグ＝０であればステップＳ９１２でΔＦＡＦＲ算出許可フラグに１をセットすると共にΔＦＡＦＲ算出期間フラグに１をセットする。続くステップＳ９１３では、ΔＦＡＦＲ算出期間タイマに所定値をセットする。すなわち、ΔＦＡＦ２≧ｋｒｉｃｈの成立後において、ΔＦＡＦＲ算出許可フラグがクリア状態である初回時のみ各フラグやタイマの設定処理が行われる。ΔＦＡＦＲ算出期間タイマは、所定値のセット後において図示しない別処理にて所定時間毎にデクリメントされる計時手段である。
【００９８】
その後、ステップＳ９１４では、タイマ値が０よりも大きいか否かを判別し、タイマ値
＞０であれば、ステップＳ９１５において空燃比補正係数のリッチ側変化速度ΔＦＡＦＲを次式により算出する。
ΔＦＡＦＲ(k)＝ΔＦＡＦＲ(k-1)＋ｋｓｍ１（ΔＦＡＦ１(k)−ΔＦＡＦ１(k-1)）
上式中、ｋｓｍ１はなまし率である。
【００９９】
また、タイマ値≦０になると、ステップＳ９１６においてΔＦＡＦＲ算出期間フラグをクリアする。つまり、タイマ値が０に到達した後は、リッチ側変化速度ΔＦＡＦＲが算出されないようになっている。
【０１００】
次に、ΔＦＡＦＬ算出処理を図１４に基づいて説明する。ステップＳ９２１ではΔＦＡＦＬ算出許可フラグが０であるか否かを判別し、同フラグ＝０であればステップＳ９２２でΔＦＡＦＬ算出許可フラグに１をセットすると共にΔＦＡＦＬ算出期間フラグに１をセットする。続くステップＳ９２３では、ΔＦＡＦＬ算出期間タイマに所定値をセットする。すなわち、ΔＦＡＦ２≦ｋｌｅａｎの成立後において、ΔＦＡＦＬ算出許可フラグがクリア状態である初回時のみ各フラグやタイマの設定処理が行われる。ΔＦＡＦＬ算出期間タイマは、所定値のセット後において図示しない別処理にて所定時間毎にデクリメントされる計時手段である。
【０１０１】
その後、ステップＳ９２４では、タイマ値が０よりも大きいか否かを判別し、タイマ値＞０であれば、ステップＳ９２５において空燃比補正係数のリーン側変化速度ΔＦＡＦＬを次式により算出する。
ΔＦＡＦＬ(k)＝ΔＦＡＦＬ(k-1)＋ｋｓｍ１（ΔＦＡＦ１(k)−ΔＦＡＦ１(k-1)）
また、タイマ値≦０になると、ステップＳ９２６においてΔＦＡＦＬ算出期間フラグをクリアする。つまり、タイマ値が０に到達した後は、リーン側変化速度ΔＦＡＦＬが算出されないようになっている。
【０１０２】
上記図１２〜図１４によるＦＡＦ変化速度の算出手順を図１７のタイムチャートに基づいてより具体的に説明する。但し図１７では、リーン側への変化時のみについて説明する。
【０１０３】
タイミングｔ１では、第２変化量ΔＦＡＦ２（＝ＦＡＦ(k)−ＦＡＦ(k-3)）がリーン側判定値ｋｌｅａｎ以下となり、それに伴いΔＦＡＦＬ算出許可フラグとΔＦＡＦＬ算出期間フラグとに１がセットされると共に、ΔＦＡＦＬ算出期間タイマに所定値（図のｋｌｅａｎｔｍ）がセットされる。このｔ１以降、空燃比補正係数のリーン側変化速度ΔＦＡＦＬが算出される。そしてその後、ΔＦＡＦＬ算出期間タイマの値が０になると、ΔＦＡＦＬ算出期間フラグがクリアされる（タイミングｔ２）。これにより、リーン側変化速度ΔＦＡＦＬの算出が終了される。つまり、空燃比補正量ＦＡＦが規定の変化をした後にΔＦＡＦＬの算出が開始されるが、その算出期間はタイマ値により制限されるようになっている。算出期間の時間制限により、例えば、ガス雰囲気変化からセンサ出力が変化し始めるまでの応答が遅れるが反応開始後の出力挙動は正常時と変わらないような形態の応答性異常であっても、センサ応答性が確実に検出できる。また、空燃比の変動周期と異なる周期で空燃比補正係数ＦＡＦが変動した場合（ハンチング発生時）でも精度良く応答性が検出できる。
【０１０４】
次に、図１５のφｍ変化速度算出処理において、ステップＳ１００１では、今現在、修正空燃比φｍの演算中であるか否かを判別し、φｍ演算中であることを条件にステップＳ１００２に進む。ステップＳ１００２では、修正空燃比の今回値φｍ（ｋ）と前回値φｍ（ｋ−１）との差からその変化量Δφｍを算出する。その後、ステップＳ１００３では、ΔφｍＲ算出期間フラグが１であるか否かを判別し、同フラグ＝１であることを条件にステップＳ１００４に進む。なお、ΔφｍＲ算出期間フラグは、前記ΔＦＡＦＲ算出期間フ
ラグのセット／クリアのタイミングに基づいて設定されるフラグであり、その詳細については後述する（後記ΔφｍＬ算出期間フラグも同様）。
【０１０５】
ステップＳ１００４では、修正空燃比の変化量Δφｍが０よりも大きいか否かを判別する。Δφｍ＞０であることは、燃料過剰率が増加しており空燃比がリッチ側に変化することを意味する。Δφｍ＞０の場合ステップＳ１００５に進み、修正空燃比のリッチ側変化速度ΔφｍＲを次式により算出する。
ΔφｍＲ(k)＝ΔφｍＲ(k-1)＋ｋｓｍ２（Δφｍ(k)−Δφｍ(k-1)）
上式中、ｋｓｍ２はなまし率である。
【０１０６】
ステップＳ１００４でΔφｍ≦０の場合にはステップＳ１００６に進み、ΔφｍＲ(k)
＝ΔφｍＲ(k-1)とする。すなわち、ΔφｍＲ算出期間フラグ＝１であるのに修正空燃比
φｍの変化がリーン向きである場合、ノイズや一時的な燃焼変動によりφｍがばらついている可能性があり、そのばらつき分を排除すべく修正空燃比のリッチ側変化速度ΔφｍＲの算出をキャンセルする。
【０１０７】
また、ステップＳ１００３がＮＯの場合にはステップＳ１００７に進み、ΔφｍＬ算出期間フラグが１であるか否かを判別し、同フラグ＝１であることを条件にステップＳ１００８に進む。ステップＳ１００８では、修正空燃比の変化量Δφｍが０よりも小さいか否かを判別する。Δφｍ＜０であることは、燃料過剰率が減少しており空燃比がリーン側に変化することを意味する。Δφｍ＜０の場合ステップＳ１００９に進み、修正空燃比のリーン側変化速度ΔφｍＬを次式により算出する。
ΔφｍＬ(k)＝ΔφｍＬ(k-1)＋ｋｓｍ２（Δφｍ(k)−Δφｍ(k-1)）
ステップＳ１００８でΔφｍ≧０の場合にはステップＳ１０１０に進み、ΔφｍＬ(k)
＝ΔφｍＬ(k-1)とする。すなわち、ΔφｍＬ算出期間フラグ＝１であるのに修正空燃比
φｍの変化がリッチ向きである場合、ノイズや一時的な燃焼変動によりφｍがばらついている可能性があり、そのばらつき分を排除すべく修正空燃比のリーン側変化速度ΔφｍＬの算出をキャンセルする。
【０１０８】
なお、ステップＳ１００３，Ｓ１００７が共にＮＯの場合には、修正空燃比のリッチ側変化速度ΔφｍＲ、リーン側変化速度ΔφｍＬが何れも算出されることなく本処理が終了される。
【０１０９】
以下、ΔφｍＬ算出期間フラグの設定手順を図１８のタイムチャートを用いて説明する。なお、説明は省略するが、ΔφｍＬ算出期間フラグも同様の手順により設定される。
【０１１０】
図１８では、例えばｔ１１〜ｔ１３、ｔ１５〜ｔ１７の各期間でΔＦＡＦＬ算出期間フラグがセットされている。図１８の１回目のΔＦＡＦ算出期間では、ΔＦＡＦＬ算出期間フラグのセット時にΔφｍＬ算出開始タイマ１に所定値がセットされ（ｔ１１）、同フラグのクリア時にΔφｍＬ算出終了タイマ１に所定値がセットされる（ｔ１３）。そして、ΔφｍＬ算出開始タイマ１が０になったタイミングでΔφｍＬ算出期間フラグがセットされ（ｔ１２）、ΔφｍＬ算出終了タイマ１が０になったタイミングでΔφｍＬ算出期間フラグがクリアされる（ｔ１４）。この場合、ΔφｍＬ算出期間フラグがセットされている期間（ｔ１２〜ｔ１４）がΔφｍＬ算出期間になり、当該期間にてΔφｍＬが算出される。ΔＦＡＦＬ算出期間に対してみると、ΔφｍＬ算出期間は所定時間遅延されて設けられることとなる。
【０１１１】
２回目のΔＦＡＦ算出期間では、ΔφｍＬ算出開始タイマ２及びΔφｍＬ算出終了タイマ２が用いられること以外同様の処理が行われ、結果としてｔ１６〜ｔ１８の期間にてΔφｍＬ算出期間フラグがセットされる。そして、ΔφｍＬ算出期間（ｔ１６〜ｔ１８）に
てΔφｍＬが算出される。この場合、ΔφｍＬ算出開始タイマ及びΔφｍＬ算出終了タイマを２組用いることにより、各タイマ値が０になる前にΔＦＡＦＬ算出期間フラグが判定されることがあっても（図のｔ１９以降参照）、何ら支障なくΔφｍＬ算出期間フラグの設定が可能となる。但し、ΔφｍＬ算出開始タイマ及びΔφｍＬ算出終了タイマを１組だけ用いる構成とすることも可能である。
【０１１２】
ΔφｍＬ算出開始タイマ１，２及びΔφｍＬ算出終了タイマ１，２のセット時間は、空燃比補正係数ＦＡＦの変化量データ算出から修正空燃比φｍの変化量データ算出までの遅延時間に相当する。この場合、タイマセット時間を、燃料噴射量の変化からそれに伴う空燃比センサ周囲のガス雰囲気変化までの輸送遅れ時間に基づいて設定すると良い。具体的には、実験等により予め規定したマップ又は数式を用い、エンジンの運転状態パラメータ（エンジン回転数、負荷など）からタイマセット時間を適宜算出する。但し、実行条件としてエンジン運転域を規定すれば、前記セット時間を固定値とすることも可能である。
【０１１３】
以上第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加えて次の効果が新たに得られる。
【０１１４】
空燃比補正係数ＦＡＦのリッチ側又はリーン側への変化幅（ΔＦＡＦ２）が規定値を超える場合にのみ、修正空燃比φｍの変化量データ（ΔφｍＲ，ΔφｍＬ）、空燃比補正係数ＦＡＦの変化量データ（ΔＦＡＦＲ，ΔＦＡＦＬ）の算出を許可するようにしたため、空燃比センサ３２の応答性異常の状況が明確に現れる状態でのみ前記変化量データの算出を行い、ひいてはセンサ応答性異常の検出精度を高めることができる。
【０１１５】
空燃比補正係数ＦＡＦの変化量データ算出を許可した後に修正空燃比φｍの変化量データ算出を許可するまでの遅延時間を設定し、該遅延時間が経過したタイミングで修正空燃比φｍの変化量データ算出を許可するようにしたため、センサ出力が変化し始めるまでの応答遅れが生じる場合であってもセンサ応答性異常が正確に検出できる。
【０１１６】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。
【０１１７】
上記実施の形態では、リッチ側及びリーン側への応答性を無くすように設定したパラメータαを算出することを実施要件としたが、このパラメータαを算出しない構成としても良い。パラメータαを算出しなくとも、変化量データたるｃｏｍｐＲ，ｃｏｍｐＬ等からセンサ応答性を検出し、その結果を基に空燃比センサ３２の異常検出を実施する構成としても良い。
【０１１８】
リッチ側応答性異常とリーン側応答性異常とを分けて判定する構成としても良い。例えば、前記図８のセンサ異常検出処理において、ステップＳ６０２がＹＥＳであればリッチ側応答性異常とし、ステップＳ６０３がＹＥＳであればリーン側応答性異常とする。また、ステップＳ６０４では、ｃｏｍｐＲＬが大小何れの判定値外となるかによってリッチ側応答性異常かリーン側応答性異常かを判定する。
【０１１９】
上記実施の形態では、空燃比検出値、空燃比補正量のリッチ側又はリーン側への変化量データとして、修正空燃比の変化速度ΔφｍＲ，ΔφｍＬ、空燃比補正係数の変化速度ΔＦＡＦＲ，ΔＦＡＦＬを用いたが、これに代えて、修正空燃比の変化加速度、空燃比補正係数の変化加速度を用いる構成としても良い。
【０１２０】
上記実施の形態では、応答性検出部Ｍ４において修正空燃比φｍを用いて空燃比検出値の変化量データを算出する構成としたが、これに代えて、検出空燃比φｓｉｇを用いて空
燃比検出値の変化量データを算出する構成としても良い。
【０１２１】
上記実施の形態では、リーン側への空燃比変化時において検出空燃比φｓｉｇに対して位相進み処理を施すことにより修正空燃比φｍを算出したが、これに代えて、リッチ側への空燃比変化時において検出空燃比φｓｉｇに対して位相遅れ処理を施すことにより修正空燃比φｍを算出するようにしても良い。また、検出空燃比φｓｉｇの補正手法は位相進み・位相遅れ処理に限定されず、他の補正手法であっても良い。例えば、検出空燃比φｓｉｇに対して所定の補正係数を掛け合わせて補正しても良い。
【０１２２】
上記実施の形態では、前記図８のセンサ異常検出に際し、応答性異常判定値Ｋ１〜Ｋ５を用いたが、この応答性異常判定値Ｋ１〜Ｋ５をセンサ初期状態における応答性初期値に基づき設定しておく構成としても良い。これにより、センサ初期状態からの応答性変化が監視できる。
【０１２３】
上記第１の実施の形態において、所定周期で空燃比を強制変動させる空燃比変動手段を設け、その空燃比変動を実施した状態下で空燃比センサ３２の応答性検出、並びにセンサ異常検出を実施するようにしても良い。この空燃比変動は、第２の実施の形態における図１１の空燃比強制変動処理により実現できる。また、例えばエンジンの冷間始動時における触媒コンバータの早期活性化や通常運転時における触媒浄化効率の向上（機能再生）を目的に実施される空燃比ディザ制御を用い、空燃比変動を行うようにしても良い。具体的には数Ｈｚ程度の周期でリッチ側、リーン側それぞれに向けて空燃比が変動される。かかる場合、空燃比変動に伴い空燃比がリッチ側又はリーン側に変化する時の空燃比検出値及び空燃比補正量の変化量データを用いて空燃比センサ３２の異常検出を実施する。これにより、空燃比がリッチ側又はリーン側に変化した時の変化量データを十分に得ることができ、信頼性の高いセンサ異常検出が実現できる。
【０１２４】
空燃比を強制変動させる際において、空燃比検出値が目標空燃比に到達する都度、当該目標空燃比をリッチ側目標空燃比とリーン側目標空燃比とで交互に切替設定するようにしても良い。具体的には、図１９に示すようにして目標空燃比を反転させる。図１９では、実空燃比を実線で、空燃比検出値を点線（但し実空燃比との共通部分は実線）で、目標空燃比を二点鎖線で示している。図１９の（ａ）はセンサ出力をなましたような応答性異常の事例であり、（ｂ）はガス雰囲気変化からセンサ出力変化までの遅れ時間（無駄時間）が増加する異常の事例である。何れもリーン側のみ応答性異常が生じた場合の事例を示す。
【０１２５】
（ａ），（ｂ）において、ａ１，ｂ１は共に応答性異常が生じている期間に相当し、ａ２，ｂ２は共に応答性正常な期間に相当する。この場合、期間ａ１，ｂ１と期間ａ２，ｂ２でのパラメータ比較により応答性異常の検出が可能となる。空燃比検出値と目標空燃比との一致時に空燃比反転させる構成では、リッチ側及びリーン側で所望とする空燃比変動を実現しつつ、最短周期で空燃比変動を行わせることができる。
【０１２６】
センサ異常検出に際し、空燃比補正量の変化量データを使わずに空燃比検出値の変化量データだけを使うようにしても良い。本構成によっても、空燃比センサ３２の動特性に基づくセンサ異常検出が可能である。特に上述したように空燃比を強制変動させる場合には、空燃比の変動量が予め分かるため、空燃比検出値の変化量データだけを用いてのセンサ異常検出がより有効となる。空燃比検出値の変化量データとしてはその変化速度又は変化加速度を用いると良い。
【０１２７】
上記第２の実施の形態において、図１２〜図１４のＦＡＦ変化速度算出処理では、ＦＡＦ変化量として第１変化量ΔＦＡＦ１，第２変化量ΔＦＡＦ２を算出したが、何れか一方
のみを算出するようにしても良い。この場合、図１２のＦＡＦ変化量判定（ステップＳ９０４，Ｓ９０６）、図１３のΔＦＡＦＲ算出（ステップＳ９１５）及び図１４のΔＦＡＦＬ算出（ステップＳ９２５）において、第１変化量ΔＦＡＦ１又は第２変化量ΔＦＡＦ２の何れか一方のデータを用いて演算処理等が実施される。
【０１２８】
上記第２の実施の形態では、例えば空燃比補正係数のリーン側変化速度ΔＦＡＦＬの算出に際して２つのフラグ（ΔＦＡＦＬ算出許可フラグ、ΔＦＡＦＬ算出期間フラグ）をセットしたが（図１７等参照）、該２つのフラグを１つに統合し構成の簡素化を図ることも可能である。リッチ側変化速度ΔＦＡＦＲの算出に関しても同様である。
【０１２９】
空燃比検出値の変化量データや空燃比補正量の変化量データ等の各種パラメータは逐次算出する他、異常検出の実施直前タイミングでのみ算出する構成であっても良い。
【０１３０】
空燃比センサ２３の異常検出装置としての実現に代えて、空燃比センサ３２の応答性検出装置としての実現も可能である。つまり後者の場合、異常検出部分は実施要件でない。応答性検出結果を、空燃比検出値の補正や空燃比制御等に用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。
【図２】空燃比検出装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】ＦＡＦ算出処理を示すフローチャートである。
【図４】ＦＡＦ変化速度の算出処理を示すフローチャートである。
【図５】φｍ変化速度の算出処理を示すフローチャートである。
【図６】パラメータαの算出処理を示すフローチャートである。
【図７】センサ信号処理を示すフローチャートである。
【図８】センサ異常検出処理を示すフローチャートである。
【図９】センサ素子の構成を示す断面図である。
【図１０】センサ異常検出処理の全体の流れを示すフローチャートである。
【図１１】空燃比強制変動処理を示すフローチャートである。
【図１２】ＦＡＦ変化速度の算出処理を示すフローチャートである。
【図１３】ΔＦＡＦＲの算出処理を示すフローチャートである。
【図１４】ΔＦＡＦＬの算出処理を示すフローチャートである。
【図１５】φｍ変化速度の算出処理を示すフローチャートである。
【図１６】空燃比強制変動時の変動周期と振幅を設定するための特性図である。
【図１７】ＦＡＦ変化速度の算出期間を設定する手順を説明するためのタイムチャートである。
【図１８】φｍ変化速度の算出期間を設定する手順を説明するためのタイムチャートである。
【図１９】空燃比強制変動の別形態を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
【０１３２】
１０…エンジン、２４…排気管、３２…空燃比センサ、４０…ＥＣＵ、Ｍ１…空燃比調整部、Ｍ５…空燃比センサ信号処理部、Ｍ６…センサ異常検出部。
【図１】
2005121003.tif 000007
【図２】
2005121003.tif 000008
【図３】
2005121003.tif 000009
【図４】
2005121003.tif 000010
【図５】
2005121003.tif 000011
【図６】
2005121003.tif 000012
【図７】
2005121003.tif 000013
【図８】
2005121003.tif 000014
【図９】
2005121003.tif 000015
【図１０】
2005121003.tif 000016
【図１１】
2005121003.tif 000017
【図１２】
2005121003.tif 000018
【図１３】
2005121003.tif 000019
【図１４】
2005121003.tif 000020
【図１５】
2005121003.tif 000021
【図１６】
2005121003.tif 000022
【図１７】
2005121003.tif 000023
【図１８】
2005121003.tif 000024
【図１９】
2005121003.tif 000025